CN108043355B - 一种改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网及其制作方法。所述改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网的表面基于数学原理“斐波那契数列”重构,从铂基催化剂中心向外绘制螺旋点阵,顺时针和逆时针的螺旋数符合斐波那契数列F(n)=F(n‑1)+F(n‑2)。本发明的铂基催化网是在铂基催化网的填充方式和结构基础上,进一步进行表面图案化构建,使之重新构筑微观结构,提高催化剂活性,增加催化网刚性强度和耐久性。从而延长铂基催化网的有效使用时间,降低铂基催化网使用成本。本发明的方法能够确保在提高铂基催化网催化活性的基础上同时提高其刚性强度,有效提高了催化剂的使用寿命,降低了生产成本。

Description

一种改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网及其制作方法
技术领域
本发明涉及硝酸生产用铂基催化剂,具体为一种改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网及其制作方法。
背景技术
硝酸生产普遍采用的是Oswald工艺,即氨气和氧气反应生成一氧化氮,温度在800-950℃,压力在0.1-1.1MPa,采用铂基合金催化剂。目前工业应用的铂基合金催化剂有平织网、二元纬向针织网、二元经向针织网、高钯催化网。高钯催化网由于优异的比表面积和科学的贵金属填充方式,大大降低了催化网的采购成本和铂耗成本,现已广泛推广使用。由于铂基合金催化剂在使用过程中,在高温和高压气流的持续冲击下,表面的铂会氧化生成氧化铂不断的剥落和随气流带走,这样即造成所谓的“铂耗”,催化剂一般在使用6个月以后铂耗急剧增加、活性显著下降,所以正常工艺下铂基合金催化剂在使用6个月以后必须更换,并且很难二次利用。
因此,硝酸市场迫切需求一种具有更高活性、高强度、更低损耗的新型铂基合金催化剂。
发明内容
本发明提供一种改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网及其制作方法,提高催化剂的活性,同时由于较高的催化网强度,在同等损耗下,延长铂基催化网的有效使用时间。本发明的改性的氨氧化制硝酸用铂基催化剂是采用以下技术方案实现的:铂基催化网表面基于数学原理“斐波那契数列”重构,从铂基催化网中心向外绘制螺旋点阵,顺时针和逆时针的螺旋数符合斐波那契数列F(n)=F(n-1)+F(n-2)。
因此,在第一方面,本发明提供了一种制备改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网的方法,所述方法包括如下步骤:
(1)按照氨氧化制硝酸用铂基催化网方案设计主反应区、次反应区和补充反应区催化网;
(2)所述铂基催化网为纯度大于99.9%,优选大于99.95%的铂基合金,合金材料通过轧制、拉丝、织网制成半成品铂基催化网;
(3)阴阳不锈钢辊制备:图案的设计是基于数学原理“斐波那契数列”,从铂基催化网中心向外绘制螺旋点阵,顺时针和逆时针的螺旋数符合斐波那契数列F(n)=F(n-1)+F(n-2),所述点阵优选形成四边形、五边形、六边形或圆形,通过激光雕刻阴阳不锈钢辊,将所述设计图案雕刻在不锈钢辊上,所述图案的纵深为1.0-5.0mm,边缘斜度为120-135°,斜度的阴影宽度加线宽为0.5-2.5mm;
(4)使用所述阴阳不锈钢辊对半成品铂基催化网进行表面图案化构建;
(5)步骤(4)得到的铂基催化网经活化、冷却、裁剪,得到改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网。
在一个实施方案中,所述铂基催化网为高钯催化网。
在一个实施方案中,在步骤(1)中设计主反应区、次反应区和补充反应区催化网的填充方式和结构。
在一个实施方案中,在步骤(4)中运用气压或液压压印技术在半成品铂基催化网表面构建图案。优选地,步骤(4)中表面图案化加工运用气压、液压或光固化,不直接接触压印表面,不损伤铂基催化网丝和网面的机械性能。
在一个实施方案中,步骤(2)中所述铂基合金包括铂、铑,钯,和少量铒和铼。优选地,所述少量是指0.1%-1.5%。
在一个实施方案中,所述催化网的丝径为0.06-0.09mm,抗拉强度≥343Mpa,延伸率≥8%。
在一个实施方案中,步骤(3)中的点阵结构的绘制基本半径为0.2cm。
在第二方面,本发明还提供了使用本发明第一方面的方法制备的改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网。
在一个实施方案中,所述铂基催化网表面基于数学原理“斐波那契数列”重构,从铂基催化网中心向外绘制螺旋点阵,顺时针和逆时针的螺旋数符合斐波那契数列F(n)=F(n-1)+F(n-2)。
在一个实施方案中,所述催化网的丝径为0.06-0.09mm,抗拉强度≥343Mpa,延伸率≥8%。
在一个实施方案中,所述点阵结构的绘制基本半径为0.2cm。
本发明所述的改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网,由于进行了表面图案化构建,使之重新构筑微观结构,顺时针和逆时针的螺旋数符合斐波那契数列,这样的表面结构提高了催化剂活性,增加催化网的刚性强度和耐久性。所述的表面结构是在原有半成品铂基催化网结构基础之上,重新构建的一个结构,该结构并不破坏铂基催化网原有的结构,类似于在纸面上压印出一个新的图案,但是该图案并不破坏纸的原有结构。
附图说明
图1改性氨氧化制硝酸用铂基催化网的表面图案示意图。
具体实施方式
在本发明中,氨氧化制硝酸用铂基催化网可以分为主反应区催化网、次反应区催化网和补充反应区催化网。氨氧化制硝酸用铂基催化网是根据三个反应区的特点,个性化的设计铂网的表面结构和比表面积,使更加适应铂基催化网的反应特点,进一步提高铂基催化网的性能,降低铂耗。
在本发明中,氨氧化制硝酸用铂基催化网可以根据不同的反应分区催化剂的表面结构不同,包括但不限于规则几何图形如四边菱形、六边形、八边形、梯形等以及不规则纹等表面形貌结构。
在本发明中,氨氧化制硝酸用铂基催化网的主反应区优选采用规则几何图形如四边菱形、六边形、八边形和梯形等。此表面形貌结构提高催化剂的机械稳定性,并且增加单位截面积有效反应面积。
在本发明中,氨氧化制硝酸用铂基催化网的次反应区优选采用规则几何图形如四边菱形、六边形、八边形、梯形及不规则纹形等。此表面形貌结构有较强的机械稳定性,并且较大的增加单位截面积有效反应面积。
在本发明中,氨氧化制硝酸用铂基催化网的补充反应区优选采用不规则纹形。此表面形貌结构能够极大提高催化剂的刚度,并且有较大的比表面积,充分发挥回收、固溶再催化的作用。
在本发明的一个实施方案中,氨氧化制硝酸用铂基催化网的主反应区表面结构强度在404MPa-443MPa,有效反应面积占投影面积的2.0-2.5倍。
在本发明的一个实施方案中,氨氧化制硝酸用铂基催化网的主反应区表面结构强度在343MPa-404MPa,有效反应面积占投影面积的1.5-2.0倍。
在本发明的一个实施方案中,氨氧化制硝酸用铂基催化网的主反应区表面结构强度在≤343MPa,有效反应面积占投影面积的1.0-1.3倍。
在本发明的一个实施方案中,氨氧化制硝酸用铂基催化网的主反应区表面结构凹痕深度在2-5.0mm,凹痕区域面积在0.5-5cm2
在本发明的一个实施方案中,氨氧化制硝酸用铂基催化网的次反应区表面结构凹痕深度在1-3.0mm,凹痕区域面积在0.5-10cm2
在本发明的一个实施方案中,氨氧化制硝酸用铂基催化网的补充反应区表面结构凹痕深度在0.3-2.0mm,凹痕区域面积在0.5-15cm2
在本发明的一个实施方案中,氨氧化制硝酸用铂基催化网的
在本发明的一个实施方案中,氨氧化制硝酸用铂基催化网的
在本发明的一个实施方案中,氨氧化制硝酸用铂基催化网的
本发明按照氨氧化制硝酸用铂基催化网的设计方案,确定贵金属的合金比例、填充量以及丝径等参数,纯度大于99.95%的贵金属铂、铑、钯和少量的铼或铒经过熔炼、轧制、拉丝、整经后织成平织网、针织网,然后经过压印设备在表面构建图案,最后活化、裁剪成客户要求尺寸的氨氧化制硝酸用铂基催化网。
在本发明的方法中,在步骤(3)中,根据催化网的面积大小,确定螺旋数目,以对结构强度和有效反应面积占投影面积比例(比表面积)二者进行平衡。
在本发明的方法中,通过步骤(4)中使用所述阴阳不锈钢辊对半成品铂基催化网进行表面图案化构建,对于所述表面图案化的铂基催化网,不改变微观精细结构,通过多维处理呈波纹或褶皱状,比表面积增加20-30%,刚性强度提高5-10%。
本发明所述的制作方法,能够在半成品铂基催化网的表面重新构建图案,有效提高了催化剂的活性,同时增加催化网刚性强度和耐久性;所采用的技术方案如步骤(3)中的雕刻方法以及雕刻参数可以有效的保证铂基催化剂在进行表面图案重构之后,在提高催化性能的同时还能有效提高催化网的刚性强度和耐久性。
采用上述参数,可以使催化剂的活性得到进一步提高,同时能够进一步提高催化网的刚性强度约5%-10%。
本发明所述改性氨氧化制硝酸用铂基催化网是在铂基催化网的填充方式和结构基础上,进一步进行表面图案化构建,使之重新构筑微观结构,提高催化剂活性,增加催化网刚性强度和耐久性;从而延长铂基催化网的有效使用时间,降低铂基催化剂使用成本。本发明所述方法能够确保在提高铂基催化网催化活性的基础上同时提高其刚性强度,有效提高了催化网的使用寿命,降低了生产成本。
在本发明中,高钯是指所述铂基催化剂中钯的含量占25%-35%。
在本发明中,少量通常是指0.1%-1.5%。
实施例1
按照氨氧化制硝酸用高钯催化网方案设计主反应区、次反应区和补充反应区催化网的填充方式和结构。然后熔炼贵金属纯度为99.95%的铂钯合金(钯的含量占30%),通过轧制、拉丝、织网制成半成品高钯催化网。材料参数符合:丝径在0.06-0.09mm,抗拉强度≥343MPa,延伸率≥8%。半成品通过激光雕刻的不锈钢阴阳钢棍压印设备,图案设计为斐波那契数列点阵螺旋结构形成的四边形、五边形或六边形,纵深1.0mm,斜度120°,斜度阴影加线宽为2.5mm,表面图案化后收卷在塑料辊上进行氢气活化、冷却、裁剪,制成相应直径的催化网。
实施例2
按照氨氧化制硝酸用高钯催化网方案设计主反应区、次反应区和补充反应区催化网的填充方式和结构。然后熔炼贵金属纯度为99.95%的铂钯合金(钯的含量占30%),通过轧制、拉丝、织网制成半成品高钯催化网。材料参数符合:丝径在0.06-0.09mm,抗拉强度≥343MPa,延伸率≥8%。半成品通过激光雕刻的不锈钢阴阳钢棍压印设备进行表面图案化,图案设计为斐波那契数列点阵螺旋结构形成的四边形、五边形或六边形,纵深2.0mm,斜度120°,斜度阴影加线宽为2.0mm,表面图案化后收卷在塑料辊上进行氢气活化、冷却、裁剪,制成相应直径的催化网。
实施例3
按照氨氧化制硝酸用高钯催化网方案设计主反应区、次反应区和补充反应区催化网的填充方式和结构。然后熔炼贵金属纯度为99.95%的铂钯合金(钯的含量占30%),通过轧制、拉丝、织网制成半成品高钯催化网。材料参数符合:丝径在0.06-0.09mm,抗拉强度≥343MPa,延伸率≥8%。半成品通过激光雕刻的不锈钢阴阳钢棍压印设备,图案设计为斐波那契数列点阵螺旋结构形成的四边形、五边形或六边形,纵深3.0mm,斜度135°,斜度阴影加线宽为2.5mm,表面图案化后收卷在塑料辊上进行氢气活化、冷却、裁剪,制成相应直径的催化网。
实施例4
按照氨氧化制硝酸用高钯催化网方案设计主反应区、次反应区和补充反应区催化网的填充方式和结构。然后熔炼贵金属纯度为99.95%的铂钯合金(钯的含量占30%),通过轧制、拉丝、织网制成半成品高钯催化网。材料参数符合:丝径在0.06-0.09mm,抗拉强度≥343MPa,延伸率≥8%。半成品通过激光雕刻的不锈钢阴阳钢棍压印设备,图案设计为斐波那契数列点阵螺旋结构形成的四边形、五边形或六边形,纵深5.0mm,斜度135°,斜度阴影加线宽为2.5mm,表面图案化后收卷在塑料辊上进行氢气活化、冷却、裁剪,制成相应直径的催化网。
实施例1至实施例4的催化网放在常压氨氧化炉上试验,部分试验运行参数见表1。
表1实施例1至实施例4的部分试验运行参数
Figure BDA0001499017270000061
铂耗是指每生产一吨硝酸所损耗铂的量,表中显示改性的高钯催化网由原来的6个月使用时间延长至8-12个月,但是铂耗没有明显增加。

Claims (12)

1.一种制备改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)按照氨氧化制硝酸用铂基催化网方案设计主反应区、次反应区和补充反应区催化网;
(2)所述铂基催化网为纯度大于99.9%的铂基合金,通过轧制、拉丝、织网制成半成品铂基催化网;
(3)阴阳不锈钢辊制备:图案的设计是基于数学原理“斐波那契数列”,从铂基催化网中心向外绘制螺旋点阵,顺时针和逆时针的螺旋数符合斐波那契数列F(n)=F(n-1)+F(n-2),通过激光雕刻阴阳不锈钢辊,将所述设计图案雕刻在不锈钢辊上,所述图案的纵深为1.0-5.0mm,边缘斜度为120-135°,斜度的阴影宽度加线宽为0.5-2.5mm;
(4)使用所述阴阳不锈钢辊对半成品铂基催化网进行表面图案化构建,所述主反应区表面结构凹痕深度在2-5.0mm,凹痕区域面积在0.5-5cm2;所述次反应区表面结构凹痕深度在1-3.0mm,凹痕区域面积在0.5-10cm2;所述补充反应区表面结构凹痕深度在0.3-2.0mm,凹痕区域面积在0.5-15cm2
(5)步骤(4)得到的铂基催化网经活化、冷却、裁剪,得到改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网;
所述铂基催化网的不同反应区的表面图案是不同的规则几何图形或不规则纹。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铂基催化网为纯度大于99.95%的铂基合金。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述点阵形成四边形、五边形、六边形、或圆形。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述催化网的丝径为0.06-0.09mm,抗拉强度≥343Mpa,延伸率≥8%。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,步骤(3)中的点阵结构的绘制基本半径为0.2cm。
6.如权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,所述铂基催化网为高钯催化网。
7.如权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤(1)中设计主反应区、次反应区和补充反应区催化网的填充方式和结构。
8.如权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤(4)中运用气压或液压压印技术在半成品铂基催化网表面构建图案。
9.如权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,步骤(2)中所述铂基合金包括铂、铑、钯和少量铒和铼,其中所述少量为0.1%至1.5%。
10.如权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,步骤(4)中表面图案化加工运用气压、液压或光固化,不直接接触压印表面,不损伤铂基催化网丝和网面的机械性能。
11.使用权利要求1-10中任一项所述的方法制备的改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网。
12.如权利要求11改性的氨氧化制硝酸用铂基催化网,其特征在于,所述铂基催化网表面基于数学原理“斐波那契数列”重构,从铂基催化网中心向外绘制螺旋点阵,顺时针和逆时针的螺旋数符合斐波那契数列F(n)=F(n-1)+F(n-2)。
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